(57)【要約】      （修正有）【課題】フローティングディスクブレーキアセンブリの放熱性向上、引き摺り低減。【解決手段】ホイール１３を有する自動車に組み込まれるディスクブレーキアセンブリ８であって、フローティングキャリパー１４と、ディスク１１を有するブレーキロータ１０と、ハット１２とを具え、当該ハット１２はホイール１３にボルトで固定される。油圧シリンダ１６は、ディスク１１にインナーブレーキパット２０を押圧し、これによりアウターブレーキパット２２をディスク１１に接触させるようにフローティングキャリパー１４を移動させる。完全な毎時１００キロメータ、０．９車両総重量のブレーキングにより、ディスク１１は少なくとも０．１０ｍｍだけ厚さが膨張し、その膨張した厚さから、３０℃以下の気温でブレーキングの中止後６０秒以内に冷えて少なくとも０．０５ｍｍだけ厚さが縮む、厚さと熱膨脹係数と熱伝導率とを有する材料で前記ロータ１０が作製される。【選択図】図１
2013221621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイールを有する自動車に組み込まれる自動車用ディスクブレーキアセンブリであって、
（ａ）インナー及びアウターブレーキパットを支えるフローティングキャリパーと、
（ｂ）ディスク及びハットを有するブレーキロータであって、前記ハットが前記ホイールにボルトで固定された、ブレーキロータと、
（ｃ）前記インナーブレーキパットを前記ディスクの表面に押圧するよう適合された油圧シリンダであって、これにより前記アウターブレーキパットを前記ディスクの表面に接触させるようにフローティングキャリパーを移動させる、油圧シリンダとを具え、
（ｄ）完全な毎時１００キロメータ、０．９車両総重量のブレーキングにより、前記ディスクは少なくとも０．１０ｍｍだけ厚さが膨張し、その膨張した厚さに対して、３０℃以下の気温でブレーキングの中止後６０秒以内に冷えて少なくとも０．０５ｍｍだけ厚さが縮む、厚さと熱膨脹係数と熱伝導率とを有する材料で前記ロータが少なくとも部分的に作製されることを特徴とするディスクブレーキアセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のディスクブレーキアセンブリにおいて、前記材料が１０．４４×１０−６／℃以上の熱膨脹係数を有することを特徴とするディスクブレーキアセンブリ。
【請求項３】
請求項１に記載のディスクブレーキアセンブリにおいて、前記材料が１９．８×１０−６／℃以上の熱膨脹係数を有することを特徴とするディスクブレーキアセンブリ。
【請求項４】
請求項１に記載のディスクブレーキアセンブリにおいて、前記ディスクは前記パッドが接触する表面領域でスチールで被覆されることを特徴とするディスクブレーキアセンブリ。
【請求項５】
請求項１に記載のディスクブレーキアセンブリにおいて、前記アセンブリが軸受を有する自動車に取り付けられ、前記ハットが前記軸受の１つの周囲に設けられ、熱障壁が前記軸受を前記ハットから分離することを特徴とするディスクブレーキアセンブリ。
【請求項６】
請求項５に記載のディスクブレーキアセンブリにおいて、前記熱障壁がポリテトラフルオロエチレンで作製されていることを特徴とするディスクブレーキアセンブリ。
【請求項７】
請求項１に記載のディスクブレーキアセンブリがさらに、前記ハットと前記ホイールとの間に配置された熱カプラを具え、前記ハットから前記ホイールへの熱伝導を増加することを特徴とするディスクブレーキアセンブリ。
【請求項８】
請求項１に記載のディスクブレーキアセンブリがさらに、前記ハットと前記ホイール接触面との間に設けられた熱伝導ペーストを具え、熱伝導を増加することを特徴とするディスクブレーキアセンブリ。
【請求項９】
ディスクブレーキロータであって、
（ａ）取付けハットと、
（ｂ）前記取付けハットに固く取付けられたソリッドディスクであって、
ｉ．第１の金属で作製された左右面コアと、
ｉｉ．当該コアの何れかの左右面に設けられた２つの摩擦面被覆であって、第２の金属で作製され、１〜１０ｍｍの厚さを有し、さらに物理的な係合特徴を規定する、被覆と、
ｉｉｉ．前記第１の金属と前記第２の金属との間に入れられた第３の金属とを具え、
ｉｖ．前記第２の金属が、前記第３の金属を介して冶金学的に及び前記係合特徴により機械的に、前記第１の金属に結合されることを特徴とするディスクブレーキロータ。
【請求項１０】
請求項９に記載のディスクブレーキロータにおいて、前記係合特徴は、前記被覆に形成され、かつ前記第１の金属で充填される複数のステップカットを具えることを特徴とするディスクブレーキロータ。
【請求項１１】
請求項９に記載のディスクブレーキロータにおいて、前記係合特徴はさらに、半径方向に配向された複数の貫通スロットを具え、この中に前記第１の金属が入り込んでいることを特徴とするディスクブレーキロータ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のディスクブレーキロータにおいて、前記係合特徴は、前記貫通スロット間の実質的に中央に配置されたビーズを具えることを特徴とするディスクブレーキロータ。
【請求項１３】
請求項１１に記載のディスクブレーキロータにおいて、前記係合特徴は、相互に接触した複数の群のビーズと共に配置されたビーズを具え、前記摩擦面被覆の剛性を増加することを特徴とするディスクブレーキロータ。
【請求項１４】
ディスクブレーキシステムのディスクを製造する方法であって、
（ａ）係合特徴を規定する第１の主要な外面を有する被覆ワークピースを形成するステップと、
（ｂ）第２の金属で前記第１の主要な外面をコーティングするステップと、
（ｃ）ロータの内部形状を規定する型を提供するステップと、
（ｄ）前記型の中に前記被覆ワークピースを挿入するステップと、
（ｅ）溶融した第３の金属を提供するステップと、
（ｆ）前記第３の金属が前記係合特徴に結合し、前記第２の金属と反応するように、前記溶融した第３の金属を前記型の中に入れ、前記溶融した第３の金属を冷却し、これによって前記第３の金属で作製されたディスクを形成し、当該ディスクが前記被覆ワークピースに冶金学的に結合され及び機械的に連結されるステップとを具えることを特徴とするディスクブレーキシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、前記型の中に前記被覆ワークピースを挿入するステップがさらに、前記型の中に更なる被覆ワークピースを挿入するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法において、前記被覆ワークピースは、前記被覆ワークピースの熱膨張の影響を改善するよう適合された放射状スロットを規定することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、前記型の中に前記溶融した第３の金属を流すステップは、前記放射状スロットを充填するように行われることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法において、前記係合特徴は、前記被覆ワークピースに取り付けられたビーズを具え、当該ビーズが前記放射状スロット間の中央に配置されていることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載の方法において、前記係合特徴は、前記被覆ワークピースに取り付けられたビーズを具えることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１４に記載の方法において、前記係合特徴は、前記被覆ワークピースに形成されたステップカットを具えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１４に記載の方法がさらに、前記ディスクを加熱するステップを含み、製造によりもたらされた残留応力を解放し、稼働中に生じた潜在的な熱応力を低減することを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１４に記載の方法がさらに、前記ディスクを特定の形状及び寸法に機械加工するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１４に記載の方法がさらに、スチール及びアルミニウムのハイブリッド表面の特性を有する特定の形状及び寸法に被覆ディスクブレーキを機械加工するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１４に記載の方法がさらに、前記被覆ディスクブレーキを機械加工し、厚みを増した内側のリムを有し、前記被覆ワークピースの剛性を維持するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１４に記載の方法がさらに、前記ディスクブレーキを高温塗料で部分的に塗装するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
ディスクブレーキシステムであって、２ワット／℃以上の伝導率を有するロータを具えることを特徴とするシステム。
【請求項２７】
請求項２６に記載のシステムにおいて、３ワット／℃以上の伝導率を有するロータを具えることを特徴とするシステム。
【請求項２８】
請求項２６に記載のシステムにおいて、４ワット／℃以上の伝導率を有するロータを具えることを特徴とするシステム。
【請求項２９】
ディスクブレーキシステムであって、４ワット／℃以上の伝導率を有するロータハットを具えることを特徴とするシステム。
【請求項３０】
請求項２９に記載のシステムにおいて、６ワット／℃以上の伝導率を有するロータハットを具えることを特徴とするシステム。
【請求項３１】
請求項２９に記載のシステムにおいて、８ワット／℃以上の伝導率を有するロータハットを具えることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２０１２年４月１８日に提出された出願第１３／４４９，５０５号の一部継続出願であり、参照により本書に援用し本書で十分に説明する。
【背景技術】
【０００２】
現在、多くの自動車はディスクブレーキを装備し、金属、炭素又はセラミックのディスクが自動車のホイールに固く取り付けられている。ブレーキをかけるため、１対のパッドのうち、ディスクの何れかの側にある１つが、ディスクの表面に押圧され、摩擦を生じさせ、車両を減速する。ディスクブレーキの設計における１つの課題は、車両の運動エネルギがブレーキの摩擦によって熱エネルギに変換されるので、生成された多量の熱を吸収し放散する必要性があるということである。
【０００３】
現在利用可能なディスクブレーキシステムでは、各ディスクの２つの摩擦面間の材料の大部分によってブレーキングの熱が吸収される。ディスクが回転するとき、表面が真っ赤に焼けると、ａ）２つの摩擦面上の空気対流と、ｂ）ディスク内に入る換気通路の空気対流と、ｃ）２つの摩擦面の放熱とによって、この熱が放散される。高い表面温度はブレーキパットの寿命と摩擦係数を劇的に低下させるため、非常に望ましくない。
【０００４】
ディスクブレーキで遭遇する別の問題は、ブレーキング後に不良のアウターブレーキパットが外れるという問題である。インナーブレーキパットは僅かな距離（．１５ｍｍ）だけ積極的に退避させられるが、アウターブレーキパットはブレーキング後にディスクに対して軽く接触する傾向がある。これが燃料効率を低減する。
【０００５】
また、どんな自動車部品でも同じように、車両がディスクブレーキの重量を支えなければならないので、あらゆる重量の低減が望まれる。
【発明の概要】
【０００６】
以下の実施形態及びその態様は、権利範囲を限定するものではなく、代表的及び例示的であるシステム、ツール及び方法と共に説明され図示される。様々な実施形態では、上述した問題の１又はそれ以上を減らし又は無くすが、他の実施形態は他の改良を取り扱う。
【０００７】
第１の別個の態様において、本発明は、ホイールを有する自動車に組み込まれる自動車用ディスクブレーキアセンブリの形態を取ることができる。このアセンブリは、インナー及びアウターブレーキパットを支えるフローティングキャリパーと、ディスクを有するブレーキロータと、ハットとを具え、当該ハットはホイールにボルトで固定される。油圧シリンダは、ディスクの表面にインナーブレーキパットを押圧するよう適合され、これによりアウターブレーキパットをディスクの表面と接触させるようにフローティングキャリパーを移動させる。最終的に、完全な毎時１００キロメータ、０．９車両総重量のブレーキングにより、ディスクは少なくとも０．１０ｍｍだけ厚さが膨張し、その膨張した厚さに対して、３０℃以下の気温でブレーキングの中止後６０秒以内に冷えて少なくとも０．０５ｍｍだけ厚さが縮む、厚さと熱膨脹係数と熱伝導率とを有する材料で前記ロータが少なくとも部分的に作製される。
【０００８】
第２の別個の態様において、本発明は、取付けハットと、当該取付けハットに固く取り付けられたソリッドディスクとを具えるディスクブレーキロータの形態を取ることができる。ソリッドディスクは、第１の金属で作製された左右面コアと、コアの何れかの左右面に設けられた２つの摩擦面被覆とを有し、当該被覆は第２の金属で作製され、１〜１０ｍｍの厚さを有し、さらに物理的な係合特徴を規定する。また、第３の金属が第１の金属と第２の金属との間に入れられ、これにより第２の金属が、第３の金属を介して冶金学的に及び係合特徴によって機械的に、第１の金属に結合される。
【０００９】
第３の別の態様において、本発明は、ディスクブレーキシステムのディスクを製造する方法の形態を取ることができる。この方法は、係合特徴を規定する第１の主要な外面を有する被覆ワークピースの形成によって開始する。次いで、第１の主要な外面が第２の金属でコーティングされる。ロータの内部形状を規定する型を提供し、被覆ワークピースが型の中に挿入される。第３の金属が係合特徴に結合し、第２の金属と反応するように、溶融した第３の金属を型の中に入れ、冷却され、これによって第３の金属で作製したディスクを形成し、このディスクが被覆ワークピースに冶金学的に結合され、及び機械的に連結される。
【００１０】
第４の別個の態様において、本発明は、２ワッツ／℃以上の伝導率を有するロータを具えるディスクブレーキシステムの形態を取ることができる。
【００１１】
第５の別個の態様において、本発明は、４ワッツ／℃以上の伝導率を有するロータハットを具えるディスクブレーキシステムの形態を取ることができる。
【００１２】
上述した代表的な態様及び実施形態に加えて、図面を参照することにより及び以下の詳細な説明を検討することにより、更なる態様及び実施形態が明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
代表的な実施形態は、参照図面に示されている。本書で開示された実施形態及び図面は、限定的ではなく、例示的であるとみなされたい。
【図１】図１は、自動車のホイールに取り付けられたディスクを有するディスクブレーキアセンブリを示す断面図である。
【図２】図２は、図１のアセンブリに組み込まれる被覆ワークピースを示す平面図である。
【図２ａ】図２ａは、円２ａによって示された図２の一部を示す詳細図である。
【図３】図３は、ディスクに向く側が示されるようにディスクに配置され、配向された図２の被覆ワークピースを示す３つの平面図である。
【図３ａ】図３ａは、図３の被覆ワークピースの代替実施形態を示す平面図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図３の被覆ワークピースの別の実施形態を示す平面図である。
【図４】図４は、図１のアセンブリのロータを示す断面図である。
【図４ａ】図４ａは、図４の円４ａによって示された図４のロータを示す詳細図である。
【図４ｂ】図４ｂは、図４のロータの別の実施形態を示す詳細図である。
【図５】図５は、図４のロータの別の実施形態を示す平面図である。
【図６】図６は、図１のアセンブリの代替実施形態のホイール−ディスク−車軸の接合を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
定義：本願では、用語「内側」とは、ブレーキアセンブリを組み込んだ又はブレーキアセンブリを組み込まれる車両の長手方向の中心線の方向を意味し、「外側」とは、この中心線から離れる方向を意味する。
【００１５】
図１及び図４を参照すると、ブレーキアセンブリ８はブレーキロータ１０を具え、ブレーキロータはディスク１１と取付けハット１２とを具え、取付けハットは取付けハット側壁１２’と、車両ホイール１３に取り付けられた取付けハット頂壁１２”（図４を参照）とで構成される。
【００１６】
フローティングキャリパー１４は、ピストン１８が設けられる油圧シリンダ１６を規定する。インナーブレーキパット２０はピストン１８に取り付けられ、ピストン１８がシリンダ１６から外側へ押圧されると、インナーブレーキパット２０がディスク１１と接触する。次いで、これがキャリパー１４を内側に押圧させて、キャリパー１４によって保持されたアウターブレーキパッド２２がディスク１１に接触する。
【００１７】
現在利用可能なブレーキアセンブリでは、もはやブレーキをかけないときには、インナーブレーキパット２０が僅かに退避するが、アウターブレーキパット２２は必ずしも十分に退避せず、ロータと接触し続け、動作の邪魔をし、燃料効率を低減することがある。しかしながら、ブレーキアセンブリ８では、ロータ１０が高い熱膨脹係数と高い熱伝導率とを有する金属で部分的に作製されているため、ブレーキング中にディスク１１が膨張する。次いで、熱はハット１２によってホイール１３へ速く伝導されるので、もはやブレーキをかけないとディスク１１が収縮する。その結果、ディスク１１が膨張しない場合、アウターブレーキパット２２ができる限り内側に配置されず、ディスク１１が収縮すると、アウターブレーキパット２２の接触からディスクが退避し、これによりこの接触によって引き起こされる問題を回避している。ブレーキング後に十分に退避しないアウターパッド２２の問題を取り扱う他の代替実施例は、キャリパー１４の幅を拡大することであり、これによりパッド２０及び２２の間隔を広げる。しかしながら、これはブレーキペダルの応答を悪化させ、ブレーキングが始まる前に運転者がさらにブレーキペダルを押し下げるよう強いる。僅かに遅いブレーキ応答は、毎年発生している自動車事故の数を増やすだろう。
【００１８】
多くのアルミニウム合金が本発明を達成にするのに必要な熱特性を有している。これらは、高い熱膨脹係数と高い熱伝導率を有する（Ａ３０８、Ａ３５５、Ａ３５６、Ａ３５７、Ａ４４３、Ａ５１４、Ａ８５０、及び純アルミニウムなど）。しかしながら、あいにくアルミニウム合金は一般にブレーキロータに用いるには柔らかすぎる。好適な実施形態では、第２の金属ディスクコア３２に固く取り付けられたスチール被覆３０を提供することによってこの問題を取り扱う。ロータ１０は、アルミニウム合金などの高い熱伝導率と高い比熱とを有する材料で作製されたホイール１３に接続される。ロータ１０を介して外部への熱の流れを最大化するために、ロータは（換気式とは対照的に）ソリッドであり、取付けハット側壁１２’の厚さがディスク１１の直径の０．０２４倍以上であり、好適にはブレーキアセンブリのスペースが許容される限りさらに大きく、取付けハットの高さが低く、好適にはフロントディスクブレーキの５ｃｍ以下、又は取付けハット側壁の厚さの８倍以下であり、取付けハットの外径はディスク１１の外径の０．５倍以上であり、取付けハット１２とホイール１３との間の接触領域５の直径は好適には取付けハットの外径と等しい。さもなければ、熱カプラを設計し、製造し、組み込んで接触領域を増加することができ、それにより熱が取付けハットからホイールに移動する。取付けハットとホイール接触面との間に熱伝導ペーストを適用し、さらに熱伝導を改善することができる。
【００１９】
数式（１）は、フロントディスクブレーキ（リヤブレーキに比べて、フロントディスクブレーキが自動車の熱の大部分を生成する）の理論的な温度上昇を℃で記載している。
【数１】
2013221621.tif 000003
Ｔｔｈ＝理論的な温度上昇、℃
φ＝リヤブレーキ率
Ｗ＝車重、ｋｇ
Ｖ１＝初速、ｍ／ｓ
Ｖ２＝終速、ｍ／ｓ
ｇ＝重力加速度、９．８ｍ／ｓ２
Ｐｒ＝ロータ本体材料密度、ｋｇ／ｍ３
Ｃｒ＝ロータ本体材料比熱容量、Ｊ／ｋｇ℃
Ｖｒ＝ロータ本体材料体積、ｍ３
Ｐｃ＝被覆材料密度、ｋｇ／ｍ３
Ｃｃ＝被覆材料比熱容量、Ｊ／ｋｇ℃
Ｖｃ＝被覆材料体積、ｍ３
【００２０】
さらに、私たちは、以下で規定されたパラメータを用いて、以下の２つの量、ロータの伝導率（伝導率ロータ）及びハットの伝導率（伝導率ハット）を規定することができる。
2013221621.tif 000004
【００２１】
１つのブレーキシステムの設計目標は、１００ｋｐｈ（キロメートル毎時）から完全に停止した後の理論的な温度上昇を２３０℃以下に制限することである。高い比熱を有するブレーキ本体材料とソリッドディスクブレーキとの使用がこの目標を達成するのに役立っている。アルミニウム及びその合金は、本願の好適な候補材料である。
【００２２】
従来の換気式ディスクブレーキからの熱放散の計算は、摩擦面の対流冷却、換気面の対流冷却、及び摩擦面の放射冷却の合計に基づいている。本願で開示するディスクブレーキはソリッド型であり、同じく摩擦面の対流冷却と放射冷却を有しているが、換気面の対流冷却（数式２）を、接続した金属ホイールへの伝導冷却（数式３）に置き換えている。
【数２】
2013221621.tif 000005
ｑｖｅｎｔ＝換気面の対流による熱放散、ジュール／時間
ｈｖｅｎｔ＝換気面の対流の伝熱係数、ジュール／（時間*ｍ２*℃）
Ａｖｅｎｔ＝換気面積、ｍ２
Ｔｒ＝ロータ本体温度、℃
Ｔ∞＝気温、℃
ｈ＝時間
【数３】
2013221621.tif 000006
ｑｃｏｎｄ＝金属ホイールへの伝導による熱放散、Ｊ／ｈ
ｋｒ＝ロータ本体熱伝導率、Ｊ／（ｈｍ℃）
Ａｃｒｏｓｓ＝ロータの取付けハット側壁の断面積、ｍ２
Ｔｒ＝ロータ本体温度、℃
Ｔｗｈ−ｃ＝ロータとの接触面のホイール温度、℃
Ｈｈａｔ＝ロータの取付けハットの高さ、ｍ（参照符号３６は図４にある）
Ｔｈ１／２ｄ＝ロータディスクの厚さの半分、ｍ
Ｄｄ−ｈ＝ディスクの円中央と取付けハットの円中央との間の距離（図４）、ｍ（図４の参照符号３５）  
【００２３】
さらに、私たちは、上記熱放散式で規定されたパラメータを用いて、以下の２つの量、ロータの伝導率（伝導率ロータ）及びハットの伝導率（伝導率ハット）を規定することができる。
【数４】
2013221621.tif 000007
【数５】
2013221621.tif 000008
【００２４】
好適な実施形態では、ディスクブレーキシステムが、当該ブレーキシステムに最大（２７０ｋＪ）運動エネルギを負荷して動作を停止するのに用いた場合に４Ｗ／℃以上の伝導率を有するロータを具える。より高い運動エネルギで動作を停止するためには、伝導率を比例して増加しなければならない。
【００２５】
また、好適な実施形態では、ディスクブレーキシステムが、２７０ｋＪの運動エネルギから変換された最大熱をロータディスクから、接触したホイールに直ちに伝導するために用いた場合に８Ｗ／℃以上の伝導率を有するロータハットを具える。より大きな熱流を伝導するため、伝導率を比例して増加しなければならない。
【００２６】
実施例
２００２年製Dodge Neonの乗用車は、ＧＶＷＲ（車両総重量）１，５４２ｋｇ又は１５，１２９ニュートンと、フロントブレーキでのブレーキング７０％と、ロータ上の熱分散８５％と、パッド上の熱分散１５％と、タイヤスリップ８％とを有している。この車は、ブレーキがロックアップすることなく１２８．７ｋｍ／ｈ又は３５．７６ｍ／ｓの速度から減速する。全車両のブレーキングエネルギは、以下のとおりである。
2013221621.tif 000009
１つのフロントブレーキによって吸収され、変換されたブレーキング熱は、以下のとおりである。
2013221621.tif 000010
Dodge Neonのディスクブレーキは、ｋｒ＝１６６Ｗ／（ｍ℃）のアルミニウム本体と、壁断面積２９．３５ｃｍ２、ハット高３．８１ｃｍ、ディスク厚２．０３ｃｍ、及びＤｄ−ｈ１．７８ｃｍの取付けハットとを有している。そのロータ伝導率及びハット伝導率はそれぞれ、０．００６３９ｋＷ／℃及び０．０１２８ｋＷ／℃である。次いで、接続したホイールに蓄えられた熱は、アウターホイール表面の対流冷却によって放散される。
【数６】
2013221621.tif 000011
ｑｗｈ＝ホイール表面の対流による熱放散、ジュール／時間
ｈｗｈ＝ホイール外側面における対流の伝熱係数、ジュール／（時間*ｍ２*℃）
Ａｗｈ＝ホイール外側面積、ｍ２
Ｔｗｈ−Ａ＝平均ホイール温度、℃
【００２７】
ディスクブレーキ及びホイールの形状並びに寸法の適切な設計と、材料の適切な選択とは、本発明の伝導式冷却のｑｃｏｎｄ及びｑｗｈを、従来の換気式ディスクブレーキのｑｖｅｎｔより遥かに大きくすることができる。これは、メインヒートシンク及びラジエータとして動作するホイールと、従来の鋳鉄製ディスクブレーキによって同一のブレーキング条件で到達した温度より最大数百度低い、より低いブレーキ使用温度とをもたらす。より低い使用温度は、パッドの摩耗を大幅に低減する。全ての乗用車が、非常に小さなものを除き、換気式ディスクブレーキをそのフロントブレーキアプリケーションに用いているのは、より大きな負荷をそれにかけることができるからである。あいにく、鋳鉄製の換気式ディスクブレーキの通気孔は容易にさびてしまい、空気をすぐにブロックするため、適度な使用期間経過後にその熱放散能を劇的に低減させる。上述した好適な実施形態は、非鉄金属ベースのソリッド（非換気式）ディスクブレーキを、多くの乗用車のフロントブレーキアプリケーションに適合させる。この好適な実施形態のディスクブレーキは、熱放散のため、非常に問題があることが分かっている通気孔には依存しておらず、容易にさびず、その全寿命間で安定し優れた能力の熱放散をもたらす。本発明のディスクブレーキは、リヤブレーキアプリケーションにも適している。ハット側壁の内面でリヤブレーキと接触するパーキングブレーキシューは、現在利用可能なリアディスクブレーキにおいて同様のパッドが接触する鋳鉄よりも柔らかいアルミニウム合金に接触しているため、より柔らかい材料で作製することができる。
【００２８】
１つの好適な実施形態では、ディスクブレーキとホイールアセンブリが、繰り返した１００ｋｐｈ（キロメートル毎時）、０．９ＧＶＷＲのブレーキング（重力加速度０．９での車両総重量定格の減速）中に４８０℃を超えることなく熱を吸収し放散することができる。ＧＶＷＲ（車両総重量）とは、車両が運搬するために設計された重量である。ＧＶＷＲは、車両の正味重量、搭乗者、燃料、積荷、さらにアクセサリの重量を含む。
【００２９】
実施例
ブレーキロータの性能はブレーキ動力計を用いて量的に評価される。ブレーキ動力計はブレーキの使用条件を正確にシミュレートし、実車のＧＶＷＲ（車両総重量）、車両重心、ホイール転がり半径、静的及び動的なホイール荷重、ホイール慣性、車両速度、減速速度、停止距離、ブレーキパットへの圧力、摩擦係数、並びに停止前後のインナーパッド、アウターパッド、及びロータの摩擦面温度といったブレーキの応答を得ることができる。ブレーキフェード試験は、ＧＶＷＲ（車両総重量）、１２０ｋｐｈの速度、０．３ｇの減速、及び４５秒の停止間隔で１５回の連続的な停止によりブレーキロータとパッドの熱性能を評価する標準的な試験方法である。
【００３０】
取付けたアルミホイールで用いる２００２年製Dodge NeonフロントブレーキのＳＣＡソリッドブレーキロータを、ＦＭＶＳＳ−１３５検定試験の手順に従う商業用ブレーキ試験研究所がブレーキ動力計で試験してきた。ＦＭＶＳＳ−１３５検定試験に含まれるフェード試験は、ロータの摩擦面の最終温度が３６５℃であり、１５回目の停止直後の最終的なパッド温度より１５０℃低いことを示した。反対に、対応する鋳鉄製換気式ロータの最終的なロータ温度は５６９℃であり、同一の試験条件における最終的なパッド温度より１４４℃高い。ＳＣＡブレーキロータの表面温度が、同一のフェード試験条件下において、対応する鋳鉄製ブレーキロータの表面温度より２０４℃冷たいことを示している。対応する鋳鉄製ブレーキロータは、ＳＣＡブレーキロータと比べて同じ外寸である。
【００３１】
製造
図２、図２ａ、図４ａ及び図４ｂを参照すると、好適な実施形態では、３つのスチール製被覆ワークピース３０’をそれぞれ１１８度の円弧の形状で生成し、１セットの貫通カット３４とステップカット１５とを形成することによって、ロータ１０が製造される。
【００３２】
バインダは、好適にはロジン、ゴム、接着剤、オイル、デキストリン、アクリル、セルロース、シロップ、フェノール、又はポリウレタンなどの有機体であり、前記準備段階の被覆ワークピース３０’の一部に均一に又は所定のパターンで塗布される。代替実施形態として、バインダは添加剤と混合される。これらの添加剤は、粒径範囲０．１〜５００μｍ、好適には１〜１４７μｍの金属、金属酸化物および／またはカーボンの粒子とすることができ、バインダと添加剤の重量比は好適には１：２〜１：１０である。
【００３３】
金属ビーズ４０（図３）は、規則的あるいは不規則な形状の何れかとすることができ、準備段階の被覆ワークピース３０’のバインダ塗布面４１に接着する。規則的あるいは不規則な形状は、球状、円筒状、多面体状、楕円状、Ｔ字形状、Ｉ字形状、Ｌ字形状、Ｖ字形状、ねじ状、円錐状、Ｕ字形状、及び機械的に連結するその他の形状を含むことができる。１つの好適な実施形態では、直径２〜２０ｍｍ又は断面積３．１４〜３１４ｍｍ２の等しいサイズの金属球体を用いる。これらの金属ビーズ４０は、当該ビーズ間にスロット３４を配置するスロット３４パターンと共に所定の分散パターンでバインダ支持面４１に接着し、スロットは製造及び稼働中のビーズ間の熱応力を低減する。あるいは、これらの金属ビーズ４０は、図３ａの実施形態の相互に連結されたペアビーズ、及び図３ｂの相互に連結されたトリプレットビーズとを有する、他の分散パターン（図３ａと図３ｂ）でバインダ支持面４１に接着する。このビーズとビーズの接着は、準備段階の被覆ワークピース３０’の剛性を増加し、これにより被覆３０が晒される極度の圧力と温度によってその可使時間中に曲がってしまうという潜在的な問題を回避している。
【００３４】
あるいは、バインダは、被覆ワークピース３０’ではなく又はこれに加えて、ビーズ４０に塗布することができる。ビーズ間の距離は、好適には前記ビーズの直径の１．５〜１０倍である。
【００３５】
ここでバインダとビーズ４０を含むワークピース３０’が加熱炉に入れられる。高温において、金属酸化物粉末を用いる場合、金属酸化物がカーボンによって低減し、バインダと、場合によりビーズ４０の一部と、被覆ワークピース３０’の表面材料とが、一時的な金属性液体を形成する。一時的な金属性液体は、ビーズ４０にくびれ４２（図４ａ）を形成する。隣接領域への金属くびれにおける元素の原子拡散によって、金属くびれが前記高温で固体になる。金属くびれ４２の断面直径はビーズの直径より小さく、好適にはビーズの直径の１／３〜２／３である。冷却後、ビーズ４０は金属くびれ４２を介して準備段階の被覆ワークピース３０’に結合する。代替実施形態として、バインダ自体が金属性液体を形成し、高温で金属くびれを構築する。金属くびれは冷却後に固体になる。
【００３６】
被覆ワークピースはさらに、曲げ加工、ストレート加工、穴あけ、延伸、又は溶接によって形成することができる。金属ビーズ４０は、プレスによって変形され、機械的な連結に良く適合した形状に形成することができる。ワークピース３０は、冶金学的な結合を形成し得る第２の金属でコーティングされるか、又はスチールと第３の金属の双方を有する界面化合物でコーティングされる。第２の金属は、銅、亜鉛、ニッケル、クロム、アルミニウム、鉄、シリコン、マンガン、マグネシウム、チタン及びそれらの合金から選択することができる。ワークピースは、化学蒸着、物理蒸着、熱溶射皮膜、めっき、スプレー、ブラッシング、又は浸漬によって部分的に又は完全にコーティングされる。
【００３７】
次いで、被覆ワークピースは砂型又は金型の中に挿入される。第３の金属３２（図１）は、好適にはアルミニウム合金であり、溶かされてこの型の中に流し込まれ、被覆ワークピース３０’を具えたソリッドディスクブレーキを形成する。生型鋳造、ダイカスト、スクイズ鋳造、永久型鋳造、中子造及び中子挿入、インベストメント鋳造、ロストフォーム鋳造、及びその他の鋳造など、鋳造産業で一般に使用される任意の鋳造方法を本発明に用いることができる。鋳造中、溶融した第３の金属３２が、ビーズの周りに流れて覆い、第２の金属と反応するように型の中に流され、溶融した第３の金属３２を冷却する。第３の金属がビーズ４０のくびれ４２とステップカット１５の双方を捕らえるように、ビーズ４０とくびれ４２の表面と、被覆ワークピース３０’と、ステップカット１５の表面とを含む、第１の金属面が、冶金学的な結合及び機械的な連結の組み合わせで第３の金属体３２と結合する。得られたディスクブレーキは熱処理されて残留応力を解放し、かつ稼働中の潜在的な熱応力を低減し、機械加工されて必要な寸法及び摩擦面の強化特性を有する最終製品を製造し、部分的に高温塗料で塗装されて塩害腐食を防止する。図４ｂを参照すると、代替実施形態では、得られたディスクブレーキは、被覆３０の半径方向の内端であまり機械加工されず、幅の狭いリム３３を生成し、このリムがその内端近くで機械加工した被覆３０の剛性を強化する。
【００３８】
図５を参照すると、好適な代替実施形態では、より幅の広い被覆スロット５０が切断され、鋳造中に溶融した第３の金属３２をスロット５０に入れる。機械加工後、摩擦面は図５に示すようにスチールとアルミニウムのハイブリッド構造を示す。カーボン−ケブラー（登録商標）のパッドを使用した場合、摩擦係数がさらに増加されて停止距離を短くすることができる。
【００３９】
図６を参照すると、好適な実施形態では、ハット頂壁１２”の内向面が、好適にはポリテトラフルオロエチレンで作製された薄いガスケット６２によって軸受ハブ６０から熱的及び音的に分離される。ガスケット６２はさらに、ロータ１０がさびの蓄積によって軸受ハブ６０にくっつくのを防止する。ガスケット６２を使用する別の代替実施例として、ハット頂壁１２”の内向面にポリテトラフルオロエチレンをコーティングすることができる。
【００４０】
上記で幾つかの代表的な態様及び実施形態を論じてきたが、当該分野における通常の知識を有する者は幾つかの変更、置換、追加及びそれらのサブコンビネーションを認識するだろう。したがって、以下に添付した請求項及び以後導入される請求項は、その本来の趣旨と範囲内において、そのような変更、置換、追加、及びサブコンビネーションを含むよう解釈されたい。
【図１】
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【図２】
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【図２ａ】
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【図３】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2013221621000001.pdf